Учёные из Университета Турку (Финляндия) совместно с Аальтским университетом и Вагенингенским университетом нашли способ повысить долговечность солнечных батарей с помощью экологичного материала. Они создали наноцеллюлозную плёнку с добавлением экстракта красной луковой шелухи, которая защищает элементы от ультрафиолетового излучения лучше, чем традиционные полимерные покрытия на основе пластика.
Как работает защита?
Солнечные панели постепенно теряют эффективность из-за воздействия ультрафиолета, повреждающего чувствительные слои — например, электролиты в сенсибилизированных красителем ячейках. Обычно производители используют плёнки из полиэтилентерефталата (PET) или других полимеров, полученных из нефти. Эти материалы задерживают УФ-лучи, но плохо разлагаются в природе.
Финские исследователи решили проверить, могут ли возобновляемые целлюлозные материалы заменить нефтехимические аналоги. В работе использовали наноцеллюлозу — волокна целлюлозы, разделённые до наноразмеров, которые затем пропитывались различными УФ-блокирующими добавками: лигнином, ионами железа и экстрактом красной луковой шелухи.
Эксперименты показали, что именно луковая добавка оказалась наиболее эффективной: она блокировала 99,9% ультрафиолетового излучения до 400 нм и при этом пропускала более 80% света в диапазоне 650–1100 нм, необходимого для выработки электричества.
Испытания на долговечность
Чтобы оценить надёжность материала, его подвергли 1000 часам искусственного солнечного облучения — это примерно соответствует году работы в условиях Центральной Европы. Плёнка с луковым экстрактом сохранила защитные свойства и лишь слегка изменила цвет.
Для сравнения: покрытия с ионами железа быстро потеряли прозрачность, а лигнин хотя и хорошо задерживал УФ-лучи, оказался слишком тёмным и мешал прохождению видимого света.
«Долгосрочные испытания показали, что только плёнка с луковым экстрактом стабильно сохраняла свойства, тогда как другие биофильтры сильно менялись со временем», — отметил исследователь Университета Турку Рустем Низамов.
Зачем это нужно?
Хотя эксперименты проводились на сенсибилизированных красителем солнечных элементах, результаты имеют более широкий потенциал. Перспективные технологии — перовскитные и органические батареи — также нуждаются в надёжной защите от ультрафиолета, но сегодня зависят от трудноразлагаемых пластиков.
Переход на биоплёнки из растительных отходов позволит сделать солнечную энергетику более устойчивой и экологичной. Такие покрытия могут использоваться не только в солнечных модулях, но и в одноразовых сенсорах или «умной» упаковке, где невозможно вернуть материалы в переработку.
«Лесная промышленность Финляндии заинтересована в создании высокотехнологичных продуктов из природных ресурсов, и электроника — одно из таких направлений», — добавила профессор материаловедения Университета Турку Кати Миеттунен.
Исследователи считают, что технология открывает путь к созданию полностью биоразлагаемых солнечных устройств, где нефтехимические материалы будут заменены возобновляемыми и безопасными для экологии компонентами.
Работа была выполнена в рамках проекта BioEST при поддержке Исследовательского совета Финляндии. Статья с результатами опубликована в журнале ACS Applied Optical Materials.
